Flußfadenbewegung in künstlichen, schwach pinnenden Kanälen

Peter, F.

Book/Report

FZJ-2018-06649

Flußfadenbewegung in künstlichen, schwach pinnenden Kanälen

Peter, F. (Corresponding author)FZJ*

1994
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2904, 103 p. (1994)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/20147

Report No.: Juel-2904

Abstract: Durch Elektronenstrahl Verdampfen von Niob wurden unter UHV-Bedingungen heteroepitaktische Nb-Dünnfilme auf geheizten Saphir-Substraten hergestellt. Das Schichtwachstum erfolgte dabei mit der (111)-Fläche des kubisch raumzentrierten Niob-Kristalls parallel zur (0001)-Fläche des hexagonalen Saphirs. Die sehr gute Kristallqualität konnte durch Rockingkurven Breiten von 0,096$^\circ$ und Channeling Minimum Yield Werte von $X_{min}$ = 2% nachgewiesen werden. Die Messung des Restwiderstandsverhältnisses ($\textit{RWV}$) ergab Werte von RWV = 89, was ebenfalls die Reinheit der Dünnfilme belegt. Durch diese Reduzierung von Materialinhomogenitäten, die für Flußfäden als Haftzentren wirken können, wenn die Filme sich im supraleitenden Zustand befinden, wurde die maximaleHaftkraft pro Volumeneinheit gegenüber gesputtertem polykristallinem Nb oder reaktiv gesputtertem NbN ebenfalls erheblich reduziert. Diese schwach pinnenden Nb-Filme wurden als Basis für Bauelemente benutzt, in denen Flußfäden gezielt in kleinen Gebieten konzentriert (einige 10 X 10 $\mu m^{2}$), verschoben und detektiert wurden. Dazu wurde auf die erste gedampfte Nb-Schicht eine stark pinnende, reaktiv gesputterte NbN- oder kalt gesputterte, polykristalline Nb-Schicht aufgebracht. Daraus wurden mit Hilfe von optischer und Elektronenstrahl-Lithographie schmale Kanäle (Breite: 200 nm - 3 $\mu$m) strukturiert, die nur eine Bewegung von Flußfäden innerhalb der schwach pinnenden Bereiche im Kanalinneren zuließen. Zum Nachweis der Flußfadenbewegung in Mikrobrücken mit einem einzelnen künstlichen, schwach pinnenden Kanal wurden mit einem SQUID- Voltmeter feinste Strukturen in der Strom-Spannungs-Kennlinie gemessen. In einem anderen Bauelement konnten durch die Wirkung der Lorentzkraft einer Kontrolleitung, die quer über den Kanal verliefen, Flußfäden im Kanal bewegt werden. Die Erzeugung der erhöhten Vortex-Konzentration erfolgte ebenfalls mit zusätzlichen Erzeugerleitungen oder Leiterschleifen. Zum Nachweis der Flußfäden dienten Gleichstrom-SQUIDs, die direkt ausgelesen wurden - d.h. eine Flußänderung wurde als Phasenverschiebung der Fluß-Spannungs-Übertragungsfunktion detektiert - oder in einer Flußregelschleife mit Rückkopplung der detektierten Flußänderung betrieben wurden. Mit dieser Anordnung wurde das Schreiben, Lesen und Löschen von Flußfäden und Flußfadenpositionen demonstriert, die zum Speichern von Informationen dienen können. Die genaue Lokalisierung der erzeugten Flußfäden erfolgte mit Hilfe mehrerer SQUIDs auf einem Bauelement, die aufgrund der räumlichen Verteilung unterschiedliche Anteile des Flusses sahen. Durch Computersimulationen konnte der Ort und die Anzahl der erzeugten Vortices rekonstruiert worden. Die Lokalisierung erfolgte dabei mit einer Genauigkeit von 1 - 2$\mu$m.

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